淺談地面數字電視單頻網組網

陳小蘭

（作者單位：四川省廣播電視局704臺）

根據國家廣播電視總局要求，無線發射的地面模擬電視信號已全部關停，四川省域內的發射臺站已開始播出省本級地面數字電視，取代了原省級模擬電視的覆蓋。四川省本級地面數字電視無線覆蓋工程正在四川省內規劃的發射點分批次建設，目前四川省本級地面數字電視信號在多發射點同頻率覆蓋四川省的大部分區域的布點工作已完成，但覆蓋的相干區域存在同頻干擾等現象，影響了用戶正常收看廣播電視節目。

四川省本級廣播電視節目按規劃要實現在四川省指定區域同頻同步播出，圍繞這一目標，下一步將進行補點與同頻組網工作。本文簡要介紹我國廣播電視發展歷程、單頻網的特點以及建設無線地面數字電視單頻網的必要性，探討怎么樣實現單頻網和實現單頻組網的幾個關鍵點，希望能對目前各地即將或正在進行的地面數字電視單頻網建設提供一點思路。

1 無線地面數字電視單頻網建設背景

1.1 我國廣播電視的發展歷程

隨著信息技術的飛速發展，近幾十年來我國的廣播電視事業取得了一定的成就，廣播電視在我國的發展經歷了創始階段—發展階段—市場競爭階段—整合與數字化階段，目前進入了數字化改造時期。

數字電視是從攝像機開始到用戶的終端機頂盒以及電視機均采用數字化技術，指采用現代通信技術對電視節目內容進行抽樣、量化及編碼等一系列的數字化處理，經存儲或實時播出，供用戶接收、收看或播放的電視系統。

通過壓縮、編碼及解復用等一系列過程，在原傳輸模擬電視的頻率帶寬下，一個無線電頻道能傳輸更多套的節目，較模擬電視傳輸節約了頻率資源，且具有數據再生的功能，通過此功能可以確保電視節目信號的接收質量。

2008年奧運會在首都北京開幕之前，在8個奧運比賽城市正式開通無線地面數字電視標志著我國地面廣播電視數字化的時代已經到來。

1.2 地面數字電視單頻網建設的必要性

目前，數字電視廣播信號主要通過以下三種方式對指定區域進行覆蓋：有線（網絡）數字電視、衛星數字電視和無線地面數字電視。

在城市與通信較發達的農村，用戶大多通過網絡收看電視廣播節目，在通信欠發達的農村，用戶大多采用直播衛星與地面數字電視接收廣播電視節目。由于人們收看衛星電視信號時，可能接收解調到國外的反動宣傳類的節目，故未經許可，不提倡用戶自行接收解調衛星廣播電視節目。目前，國家正大力加強地面無線數字電視的覆蓋工程建設，以確保通信欠發達地區的用戶能正常收看廣播電視節目。

近年來，隨著社會文明的迅速發展，無線電頻率被廣泛應用，國家劃給廣播電視覆蓋的頻率資源已被使用殆盡。

人民群眾對種類繁多的廣播電視節目的收聽收看需求給有限的無線電頻率資源帶來了嚴峻的挑戰。由此廣電的科研人員便引入了同頻覆蓋技術，即單頻網技術。

由多臺位于不同發射點、同頻且同步播出的地面數字電視發射機發射的射頻信號組成的網絡稱為地面數字電視單頻網（Single Frequency Network，SFN）。

使用我國自主研發出的地面數字電視傳輸標準（Digital Television Terrestrial Multimedia Broadcasting，DTMB），可以實現地面數字電視單頻網的組網。相比國外相關標準的數字電視，可以有效節約頻率資源，同時降低了電磁波輻射。所以使用中國標準的地面數字電視實現單頻組網是很有優勢的[1]。

承德市水資源區域分布特點為：南部較多，北部、中部相對較少，水資源區域分布與生產力布局不匹配。水資源利用效率總體水平不高。從灌溉設施看，一些水庫未設主干渠，依靠河道輸水；一些灌渠只有干渠，干渠以下渠系配套不健全，配套率為40%，農業灌溉用水方式落后，水資源利用率低，灌溉水利用系數不足0.5，遠遠低于國家節水灌溉技術規程要求；工業用水方面，2005年全市工業水重復利用率為62%，市區部分為78%，鄰近的天津、唐山等城市工業用水重復利用率已達80%。

1.3 DTMB地面數字電視單頻網優勢

單頻網基本組成的單元是發射點、發射機和信號源等，其具有以下優勢。

（1）節省頻率資源。傳輸帶寬允許下使用多頻覆蓋相同節目，在覆蓋區域覆蓋相同節目將占據多個頻率資源，單頻網模式下就只需要使用一個頻率來實現覆蓋，節約了多個頻率資源。節約下來的頻率資源可以實現更多的價值。

（2）應用單頻網技術時，在臺站布局、發射機功率選擇及組網時的優化程度較高。在單頻網的組網時，大功率的單一發射機被小功率發射機的不同組合取代使用后，無線覆蓋成本降低，也減少了射頻信號的輻射，減輕了環境污染。

（3）單頻網的應用可靈活調整或增加覆蓋區域，也可利用“補點器”對覆蓋“盲點”進行填補發射，以擴大覆蓋范圍。故單頻網技術的多點與同頻覆蓋的技術可以減少覆蓋“盲點”。

2 地面數字電視單頻組網時的幾個關鍵點

2.1 不同發射點的同覆蓋內容的發射機信號輸入時信號源要實現時間同步

不同發射點的發射機的輸入信號須實現同步。發射機輸入信號應符合GB/T17975.1-2000的規定，可以包含多個電視節目的業務。根據《地面數字電視廣播傳輸系統實施指南》（GY/T2362008），發射機輸入的同步信號處理如圖1所示。

送到單頻網適配器的信號采用來自復用器的MPEG TS信號，在“北斗”提供的秒脈沖（1 PPS）時刻，插入一個秒幀初始化包（Second Frame Initialization Packet，SIP），即完成了從輸入的碼流到單頻網傳送流的轉換，將凈荷數據率（以規定的調制器工作模式所對應的）輸出到單頻網傳送流。

《數字電視地面廣播傳輸系統幀結構、信道編碼和調制》（GB 20600-2006）標準規定從4.813～32.486 Mbps一系列可用的比特率稱為系統凈荷數據率。在規劃時，由于視頻編碼產生的損傷，與壓縮比特率、壓縮算法、壓縮級聯次數有關系，因此，對播出的最末一級采用何種碼率應結合采集、收錄、編輯和上載等環節進行綜合考慮[2]。

隨著信源編碼技術的進步，以及新算法的發展，以后傳輸數據所需要的比特率也將不斷降低。根據目前的測試結果，某些新的算法可以在128 kbps使節目達到較好的效果。

2.2 單頻網發射機之間相互干擾的消除

在單頻網中，所有的發射機調制的都是完全一致的碼流信號，且在相同時間以相同的頻率進行無線覆蓋。因為數字地面電視的接收解調器具有處理多徑信號的能力，所以用戶接收到信號可能來自不同發射點的多臺發射機的射頻信號。

在進行地面電視廣播網絡與單個發射臺站規劃前，應考慮各傳輸系統的相互干擾，這些干擾源也可能是不相同的。

一般說來，某系統對其他系統信號的抗干擾的能力，采用保護率進行描述。保護率為：在給定的欲接收信號的客觀或主觀損傷門限點，接收機輸入端欲接收信號功率與發出的干擾信號功率之比。

所有工作模式的保護率都應該經過實際測量確定，其測量一般在規定的實驗室環境里進行。系統相應工作模式的性能是保護率的值一個重要決定因素，另一個決定因素是系統設備的實現水平。但系統性能是相同頻道的保護率主要決定因素，單頻網發射機之間相互干擾的消除，主要由在欲接收信號頻道內干擾信號的帶外成分值以及接收機的頻道濾波器指標來決定[3]。

2.3 單頻網網絡自干擾的消除

SFN技術的應用，目前仍存在著網絡自干擾的局限。假如由距離較遠的發射機發射來的射頻信號，該信號的延遲不小于接收設備多徑接收信號的延遲處理的范圍，此時該信號對于有用的信號來說是干擾信號。該信號強度很大的決定因素就是傳播環境，而且會因時間發生變化。

處理方案是對于已定的發射機之間的距離，可以使用較長的幀頭長度來有效降低SFN的自干擾。但是應該注意的是，接收機的設計將決定幀頭長度外的延遲信號對有用信號的干擾影響。為了使網絡自干擾被完全消除，可以用幀頭長度所對應的距離，來映射兩個發射臺之間的距離，而這是一種非常保守的處理方式，該方式組網效率不高。然而這種方式下的幀頭長度內的延遲信號，也可能導致正常接收時所需要的載噪比的劣化[4]。

2.4 覆蓋“盲區”的消除辦法

對于單頻網技術，只要在適當位置增加新的同頻道“補點器”，就能夠填補單頻網覆蓋區域內的覆蓋“盲區”，并不需要占用額外的頻率資源[5]。

如果服務區內存在縫隙，且存在較深的地下設施、隧道、峽谷或者在室內及覆蓋陰影區，可以使用信號“放大器”和轉發器等“補點器”，利用地面數字電視廣播對多徑信號進行處理的能力來有效地提供填補射頻信號。

“補點”基本思路如下：在覆蓋縫隙區與未覆蓋區域以外，使用定向天線接收解調其他站點發射的地面數字電視廣播信號，再經過濾波與放大后將信號送入“補點器”（在相同頻點上）發射到需要覆蓋的縫隙區、未覆蓋區域。“補點器”原理如圖2所示[6]。

通過上述分析，實現單頻網時，任意一個發射點的邊界接收點，接收到的幾個不同發射點的同頻播出信號要時間同步，不能在同頻覆蓋的同時又造成同頻干擾。鑒于此，實現單頻網的關鍵在于輸入所有該節目覆蓋的發射機信號要時間同步，所有發射設備開關機要時間同步，網絡互干擾、自干擾以及覆蓋“盲區”要消 除等[7]。

3 結語

地面數字電視是公益性電視廣播節目主要利用地面無線覆蓋的形式實現單頻組網播出，這也是未來的主要發展方向。在組建單頻時，只要克服了本文依據廣播電視單頻網技術所分析得出的幾個關鍵點的技術難題，組網就基本完成了。

由于數字壓縮編碼技術水平仍然有限，在不影響正常收聽收看的前提下，一個頻道8 MHz帶寬下只能傳輸幾套節目。為了實現更多的節目覆蓋，便需要多個單頻網來聯合組網，相信隨著信源編碼技術的提高與新算法的成熟，開展各種業務所需比特率也將不斷降低，在同一個頻道下無線傳輸更多套廣播電視節目將很快能夠實現[8]。